Podczas tego wykładu wykażemy szereg ważnych własności całki stochastycznej, które pozwolą nam później udowodnić wzór Itô.
Zacznijmy od wersji stochastycznej twierdzenia Lebesgue'a o zbieżności zmajoryzowanej.
Załóżmy, że oraz
są procesami
prognozowalnymi takimi, że
dla wszystkich
. Jeśli dla wszystkich
i
,
dla pewnego procesu
,
to
oraz
![]() |
Proces jest prognozowalny jako granica procesów prognozowalnych. Ponadto dla
,
![]() |
więc . Bez straty ogólności możemy też założyć, że
.
Niech takie, że
oraz
. Ponieważ
, więc
. Z twierdzenia Lebesgue'a o zbieżności
zmajoryzowanej łatwo wykazać, że
w
. Stąd dla ustalonego
,
![]() |
czyli
![]() |
Zbieżność w implikuje zbieżność według prawdopodobieństwa, by zakończyć dowód
wystarczy skorzystać z Lematu 11.1.
Mówimy, że proces jest lokalnie ograniczony, jeśli istnieją momenty zatrzymania
takie, że procesy
są ograniczone.
Każdy proces ciągły, adaptowalny jest lokalnie ograniczony.
Kolejne twierdzenie podaje wzór na całkowanie przez podstawienie.
a) Załóżmy, że ,
,
jest procesem
prognozowalnym ograniczonym
oraz
. Wówczas
oraz
.
b)Załóżmy, że ,
,
jest
procesem prognozowalnym lokalnie
ograniczonym oraz
. Wówczas
oraz
.
a) Załóżmy wpierw, że jest procesem elementarnym postaci
![]() |
gdzie , zaś
są ograniczonymi zmiennymi
-mierzalnymi.
Wówczas
![]() |
![]() |
||
![]() |
|||
![]() |
|||
![]() |
Jeśli jest dowolnym ograniczonym procesem prognozowalnym, to
![]() |
więc . Nietrudno też sprawdzić, że
.
Możemy znaleźć procesy elementarne
zbieżne do
w
, co więcej możemy założyć, że
.
Zauważmy, że
![]() |
![]() |
||
![]() |
więc w
. Stąd dla
,
![]() |
b) Mamy , zatem
rozpatrując
zamiast
możemy zakładać,że
.
Niech
takie, że
jest ograniczone,
oraz
. Zauważmy, że
![]() |
zatem na mocy części a),
![]() |
![]() |
||
![]() |
Biorąc dostajemy tezę.
Sformułujemy teraz pierwsze twierdzenie o całkowaniu przez części.
Niech , wówczas
![]() |
(12.1) |
Stosując twierdzenie do dostajemy natychmiast.
Jeśli , to
![]() |
Niech ,
oraz
, wówczas
![]() |
![]() |
||
![]() |
Całki i
są dobrze określone, gdyż procesy
i
są ciągłe,
zatem lokalnie ograniczone.
Możemy założyć, iż , gdyż
,
![]() |
![]() |
||
![]() |
zatem
![]() |
![]() |
||
![]() |
![]() |
||
![]() |
Wystarczy udowodnić, że teza zachodzi dla , tzn.
![]() |
(12.2) |
Jeśli bowiem zastosujemy (12.2) dla i
, odejmiemy stronami i podzielimy
przez 4, to dostaniemy (12.1).
Wiemy (zob. Uwaga 11.1), że (12.2) zachodzi przy dodatkowym założeniu
ograniczoności .
W ogólnym przypadku określamy
![]() |
wtedy . Ponadto
jest ograniczonym martyngałem lokalnym, zatem
ograniczonym martyngałem, więc
![]() |
![]() |
||
![]() |
Przechodząc z dostajemy (12.2).
Przez oznaczamy procesy ciągłe, adaptowalne, których trajektorie mają
wahanie skończone na każdym przedziale
dla
.
Udowodnimy teraz kolejne twierdzenie o całkowaniu przez części.
Załóżmy, że , wówczas
![]() |
Jak w dowodzie Twierdzenia 12.3 możemy założyć, że .
Załóżmy wpierw, że i
są ograniczone. Zauważmy, że
![]() |
![]() |
||
![]() |
![]() |
||
![]() |
|||
![]() |
Składnik dąży prawie na pewno do
(definicja całki Riemanna-Stieltjesa).
Nietrudno sprawdzić, że procesy elementarne
![]() |
zbiegają w do
, stąd
zbiega w
do
.
Zauważmy też, że
![]() |
![]() |
||
![]() |
Pierwszy czynnik powyżej dąży do w
(w szczególności jest więc
ograniczony w
), drugi zaś dąży do zera p.n. (proces
jest ciągły),
stąd
dąży do
według prawdopodobieństwa. Zatem
![]() |
Jeśli i
nie są ograniczone, to określamy
![]() |
Mamy ,
, więc z poprzednio rozważonego
przypadku
![]() |
przechodząc z dostajemy tezę.
Ostatnie twierdzenie o całkowaniu przez części jest nietrudną konsekwencją definicji całki Riemanna-Stieltjesa.
Załóżmy, że , wówczas
![]() |
Proces nazywamy ciągłym semimartyngałem, jeśli da się przedstawić
w postaci
, gdzie
jest zmienną
-mierzalna,
,
oraz
.
Rozkład semimartyngału jest jednoznaczny (modulo procesy nieodróżnialne).
Jeśli , to
jest ciągłym martyngałem lokalnym, startującym
z zera o ograniczonym wahaniu na
dla
, zatem jest stale równy 0.
Proces Itô, tzn. proces postaci , gdzie
,
prognozowalny taki, że
p.n. dla
jest semimartyngałem.
Z twierdzenia Dooba-Meyera wynika, że kwadrat martyngału jest semimartyngałem.
Jeśli jest ciągłym semimartyngałem, to określamy
,
gdzie pierwsza całka to całka stochastyczna, a druga całka Stieltjesa.
Jeśli oraz
są ciągłymi semimartyngałami, to
też jest semimartyngałem oraz
![]() |
Mamy
i stosujemy twierdzenia o całkowaniu przez części
(Twierdzenie 12.3, Stwierdzenia 12.1 i 12.2).
Dla semimartyngałów wygodnie jest też wprowadzić następującą definicję:
Jeśli ,
są ciągłymi semimartyngałami, to przyjmujemy
.
Udowodnij Stwierdzenie 12.2.
Korzystając ze wzoru na całkowanie przez części przedstaw
jako wyrażenie nie zawierające całek stochastycznych.
Załóżmy, że jest procesem ciągłym, a
ciągłym martyngałem lokalnym. Wykaż, że
jeśli
,
jest ciągiem podziałów
takim, że
oraz
, to
![]() |
Niech będzie ciągiem podziałów
takim, że
oraz
. Wykaż, że dla dowolnych ciągłych semimartyngałów
i
,
![]() |
Treść automatycznie generowana z plików źródłowych LaTeXa za pomocą oprogramowania wykorzystującego LaTeXML.
strona główna | webmaster | o portalu | pomoc
© Wydział Matematyki, Informatyki i
Mechaniki UW, 2009-2010. Niniejsze materiały są udostępnione bezpłatnie na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa-Użycie niekomercyjne-Bez utworów zależnych 3.0 Polska.
Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach
Europejskiego Funduszu Społecznego.
Projekt współfinansowany przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego i przez Uniwersytet Warszawski.